JPS5913257B2 - 無水マレイン酸製造用触媒の製法 - Google Patents

無水マレイン酸製造用触媒の製法

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JPS5913257B2
JPS5913257B2 JP51135715A JP13571576A JPS5913257B2 JP S5913257 B2 JPS5913257 B2 JP S5913257B2 JP 51135715 A JP51135715 A JP 51135715A JP 13571576 A JP13571576 A JP 13571576A JP S5913257 B2 JPS5913257 B2 JP S5913257B2
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catalyst
vanadium
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phosphorus
acid
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JP51135715A
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栄 小池
恒和 秋山
八尋 岩波
一気 三原
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Mitsubishi Kasei Corp
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Mitsubishi Kasei Corp
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無水マレイン酸製造用触媒の製法に関するもの
である。
詳しくは、本発明は炭素数4以上の不飽和炭化水素を気
相で接触的に酸化して、門 無水マレイン酸を製造する
場合に用いるリン−バナジウム−鉄一酸素系触媒の製造
方法に関するものである。従来、気相で炭素数4以上の
不飽和炭化水素を接触酸化して無水マレイン酸を製造す
る触媒として、リン−バナジウム−酸素系触媒が代0
表的なものとして知られている。しかしながら、この系
の触媒は供給ガス中の原料不飽和炭化水素濃度が低い場
合には良好な収率で無水マレイン酸を生成するが、原料
不飽和炭化水素濃度を高めていくと無水マレイン酸収率
が低15下する傾向を示す。
本発明者等は高濃度の不飽和炭化水素からも良好な収率
で無水マレイン酸を製造しうる触媒につれて鋭意研究を
重ねた結果特定の製法で得られた特定組成のリン−バナ
ジウム−鉄一酸素系触媒を20用いると供給ガス中の原
料不飽和炭化水素の濃度が高い場合にも良好な収率をも
つて無水マレイン酸を製造しうる事を見出し、本発明に
到達した。
すなわち本発明の目的は低濃度はもちろん高濃度の不飽
和炭化水素からも良好な収率で工業的有25利に無水マ
レイン酸を製造する触媒を提供することにある。しかし
て、この目的はバナジウム化合物、リン化合物及びシユ
ウ酸鉄の酸性混合液をそのまま或は担体と混合した後乾
燥し、次いで200〜70030℃の温度で焼成するこ
とにより容易に達成される。
本発明について更に詳細に説明すると、本発明方法で製
造する触媒は主成分がリン、バナジウム及び鉄からなる
ものでありこの触媒調製に使用されるバナジウム化合物
としては、通常五酸化バナ35 ジウム、バナジン酸ア
ンモニウムの様なバナジン酸塩、その他の五価のバナジ
ウム化合物が使用される。これらの五化のバナジウム化
合物を使用する場合には、触媒の調製過程で塩酸、シユ
ウ酸等の還元性物質を存在させて五価より低い原子価に
還元することが好ましい。なお、シユウ酸バナジル等の
五価より低い原子価の化合物を使用することも可能であ
り、その場合には、バナジウム化合物を還元することな
く、そのまま触媒調製に使用することができる。一方リ
ン化合物としては五酸化リン、メタリン酸、ピロリン酸
、オルトリン酸、亜リン酸等の種種のリンの酸あるいは
これらの塩類、例えばリン酸アンモニウム類等、或はリ
ン酸トリメチル、等の有機リン化合物が使用できる。
又鉄化合物としてはシユウ酸第一鉄、シユウ酸第2鉄等
のシユウ酸鉄が使用される。これらのバナジウム一、リ
ン一及び鉄一化合物から触媒を調製するには触媒中のバ
ナジウム、リン及び鉄の合計中の各元素の原子汀分率が
バナジウムl〜32%、リン47〜80%、鉄4〜50
?、好ましくはバナジウム2〜30%、リン50〜75
%、鉄5〜47%の割合となるように上記の化合物を使
用する。
しかしC、触媒の各成分の原子百分率が上記の範囲を超
えた場合例えばバナジウムが1%より少い場合は充分な
活性を有する触媒を得ることができない。
一方バナジウムが32%を超えると触媒の活性が低下す
る。リンについてもその割合が47%より少い場合には
、充分な活性を有する触媒を得ることができない。
また、リンが80%を超える場合は反応の最適温度があ
まりに高くなるうえ、触媒の活性も低下するので実用的
でない。さらに、鉄についてもその割合が4%より少い
場合には、充分に触媒活性を向上させることはできず、
50%を超えると却つて触媒の活性が低下する。本発明
の触媒は、バナジウム化合物、リン化合物、及び鉄化合
物と水との混合物にさらに酸を加えて酸性混合液を調製
し、これをそのまま或は担体と混合してから乾燥し、次
いで、焼成することにより製造される。
その際、触媒成分を酸性混合溶液とするのに使用される
酸としてはギ酸、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、ク
ロトン酸等の炭素数1〜6の飽和及び不飽和脂肪族モノ
カルボノ酸ンユウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸
、リンゴ酸、 石酸等の炭素数2〜6の飽和及び不飽和
脂肪族ジカルボン酸、クエノ酸等の低級脂肪族ポリカル
ボン酸等の有機酸並びに塩酸、リン酸等の無機酸が挙げ
られる。これらの酸は単独で或は二種以上の混合物とし
て使用される。触媒調製時の取扱い易さの点から或は触
媒構成成分である点から、シユウ酸或はリン酸を使用す
ることが好ましい。これらの酸は、シユウ酸鉄を溶解す
るに足る量使用することが好ましい。シユウ酸鉄を完全
に溶解する量より少量でも差支えないが、あまりに少量
であると触媒の調製が困難であるし、一方、酸をあまり
多量に使用することも、触媒調製の際、乾燥に長時間を
要すること、装置の腐触或は経済的にも好ましくない。
酸の使用量は、酸の種類によつても異なるが、通常鉄1
グラム原子に対し0.1〜20倍モル、好ましくは0.
2〜10倍モルである。本発明の触媒の調製法の一例と
しては、まず五酸化バナジウム、バナジン酸アンモニウ
ムのような五価のバナジウム化合物を水中に懸濁させ、
これにシユウ酸のような還元性物質を加え、温度50〜
100℃、好ましくは80〜90℃で約30分間加熱し
てバナジウムを還元し、得られた溶液にリン酸、リン酸
アJャcjウム又は五酸化リンのようなリン化合物及びシ
ユウ酸鉄を加え、さらにリン酸、シユウ酸等の酸を加え
て均一溶液或は懸濁液にして、加熱攪拌して蒸発乾固す
るか或は噴霧乾燥して得た触媒固体を要すれば成形して
、200〜700℃、好ましくは300〜650℃の温
度で焼成する。
上記方法に於いてリン化合物がリン酸である場合、更に
酸を加えなくてもよい。勿論、上記方法以外の還元方法
で得たバナジウム化合物の還元溶液にリン化合物及びシ
ユウ酸鉄を加え、さらにリン酸、シユウ酸等の酸を加え
て均一溶液或は懸濁液にして、加熱撹拌して蒸発乾固す
るか或は噴霧乾燥して得た触媒固体を上記温度で焼成す
るか、或は五価より低い原子価のバナジウム化合物、リ
ン化合物及びシユウ酸鉄の三成分の混合物にリン酸、シ
ユウ酸等の酸を加えて均一溶液或は懸濁液にして、上記
と同様の処理をしてもよい。しかして、これらの触媒は
、通常、担体に担持させて使用することが好ましく、こ
のような触媒を担持させる担体としては、アルミナ、シ
リカ、チタニア、シリカーチタニア、リン酸アルミニウ
ム、ケイソウ土、シリコンカーバイト等の触媒固体とし
て、通常使用される担体を使用する。
これらの担体の中ではシリカ及びチタニアを組合せて使
用するのが好ましい。触媒成分の担持量は、使用担体、
触媒の調製法或は使用態様によつても異なるが、通常、
触媒全量を基準にして3重量%以上、好ましくは10重
量?以上、更に好ましくは20〜60重量?の割合とす
るのがよい。担体に触媒を担持するには常法に従つて担
持させる。
例えば蒸発乾固法、浸漬法、噴霧乾燥法等が採用される
。噴霧乾燥法においては、通常、触媒成分を溶解した溶
液を粉末伏或はコロイド状の担体と混合し、十分攪拌し
て得られたスラリーをノズルより散布して加熱された空
気と向流又は並流接触しつつ噴霧乾燥する。かくして触
媒成分を担持した後、所定の温度で焼成すれば所望の触
媒が得られる。
また、メタバナジン酸アンモニウム等の五価のバナジウ
ム化合物を常法に従つて担体に担持させ、空気中で焼成
後、水素または推硫酸ガス等の還元性ガス気流中で還元
処理した後、これにリン及び鉄を含む酸性溶液或は懸濁
液を含浸ざせ、所定の温度で焼成することによつても所
望の担体に担持された触媒を得ることができる。もちろ
ん、これら触媒の調製方法すなわちバナジウム化合物、
還元剤、リン化合物、鉄化合物の添加順序は必ずしも上
記の調製法に限定されたものではなく、いかなる順序で
添加しても、触媒活性に本質的な差異を生ずるものでは
ない。
本発明の触媒は、炭素数4以上の不飽和炭化水素を気相
で接触的に酸化して、無水マレイン酸を製造する方法に
使用される。
炭素数4以上の不飽和炭化水素としては、例えばブテン
−1、ブテン2等のブテン類、ブタジエン、ベンゼン、
ペンタジエン、シクロペンタジエン又はベンゼン等が使
用される。これらの不飽和炭化水素は各単一成分でも良
く、また二種以上の混合物でもよい。さらに該不飽和炭
化水素又はそれらの混合物中に、飽和炭化水素或はプロ
ピレン等の炭素数が3以下の不飽和炭化水素が若干混在
していても何等障害とならない。例えば、石油ナフサや
天然ガスの熱分解によつて得られるC4留分をそのまま
用いることも可能である。これ等の不飽和炭化水素を酸
化する酸化剤としては分子状酸素或は二酸化炭素、窒素
等の不活性ガスで稀釈された分子状酸素を使用する。
通常、経済的理由から空気を使用する。酸化方法は固定
床、流動床いづれの反応方式でも実施可能であるが、高
濃度の炭化水素を反応に用いる場合には、除熱の点から
流動床を使用することが望ましい。
また、流動床を使用するとガス組成が爆発範囲内であつ
ても安全に反応を行うことができる。流動床で反応を行
う場合担体に坦持された触媒を使用するのが望ましい。
流動床形式による場合の反応条件としては反応温度は2
50〜650℃、好ましくは300〜600℃の範囲で
あり、空間速度(SV)は300〜3000hr−1、
好ましくは500〜2500hr−1である。また、原
料の炭化水素の濃度は0.1〜6容量e程度であるが、
1〜5容量?とするのが工業上有利である。反応は通常
常圧で行うが、所望ならば加圧(≦5kg/CdG)で
反応を行うことも可能である。また、本発明触媒を使用
して、無水マレイノ酸を製造する場合、反応系にリン化
合物を供給しながら反応を行うことにより、触媒の初期
の活性を長時間継続して維持することができる。
反応帯域に供給するリン化合物は、下記一般式で表わさ
れる有機リン化合物である。〔武中、Rはフエニル基又
は炭素数1〜6のアルキル基を示し、XはH又はRを示
す。
〕次に本発明を製造例及び使用例はより更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨をこえない限りこれらの例
によつて限定されるものではない。
参考例 1五酸化バナジウム2009を水300m1に
懸濁して、これにシユウ酸4209を徐々に加え、温度
80℃で30分間加熱してバナジウムを還元して青色の
溶液を得た。
次にこの溶液を室温に冷却し水を加えて全量を11にし
た。(以下、この液をシユウ酸バナジルストツク液とい
う。)上記シユウ酸バナジルストツク液10Tn1に8
5%のリン酸溶液4.579を加えた後、加熱攪拌して
蒸発乾固し、350℃で2時間焼成した後、これを錠剤
機にて直径4m7!Lのシリンダー型に成形し、さらに
550℃で2時間焼成した。この触媒を10〜16メツ
シユ(タイラ一)に粉砕して触媒とした。
参考例 2 シユウ酸バナジルストツク液10m1に85%のリン酸
溶液4,579を加え、さらに担体としてシリカゾルを
SlO2として4.289とTiO27.489を加え
、加熱攪拌して蒸発乾固した以外は参考例1と同様にし
て触媒を調製した。
製造例 1 シユウ酸第2鉄(Fe2(C2O4)3・5H20)5
.389に水219を加えてスラリーとし、これに85
%リン酸溶液9.33gを加え、80℃に加熱して溶液
とし、次いでシユウ酸バナジルストツク液10m1を加
え、さらにシリカゾルをSiO2として2.869とT
iO26.669を加えて、加熱攪拌して蒸発乾固した
後、参考例1と同様にして触媒を調製した。
製造例 2〜5 シユウ酸第2鉄(Fe2(C2O4)3・5H20)に
水を加えてスラリーとし、ごれに85%リン酸溶液を加
え、80℃に加熱して溶液とし、次いでシユウ酸バナジ
ルストツク液を加え、さらにシリカゾルとリン酸アルミ
ニウムを加えて加熱攪拌して蒸発乾固した後、参考例1
と同様にして触媒を調製した。
触媒調製に用いた各成分の使用量を表−1に示す。製造
例 1シユウ酸第2鉄(Fe含有量21.8?6.26
9に水509を加えてスラリーとし、これに100?シ
ユウ酸3.089及びリン酸アンモニウム((NH4)
3P04)9.679を加え、80℃に加熱して溶液と
し、次いでシユウ酸バナジルストツク液10m1を加え
、さらにシリカゾルをSiO2して3.09とTiO2
6.999を加えて、加熱攪拌して、蒸発乾固した後、
参考例1と同様にして触媒を調製した。
使用例 1 内径19m1Lのパイレツクス製ガラス反応器に上記参
考例及び製造例で調製された触媒5m1を充填しこれに
l−ブテン4.0%を含む空気を5N1/Hr(NTP
換算)で常圧下で供給して無水マレイン酸の製造を行つ
た。
表−2に最高収率を与える反応温度とその時の無水マレ
イン酸収率を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 バナジウム、リン及び鉄の酸化物を主体とし、且つ
    上記各元素の原子百分率がバナジウム1〜32%、リン
    47〜80%及び鉄4〜50%である触媒を調製するに
    当り、バナジウム化合物、リン化合物及びシユウ酸鉄の
    酸性混合液をそのまま或は担体と混合した後乾燥し、次
    いで200〜700℃で焼成することを特徴とする炭素
    数4以上の不飽和炭化水素の気相酸化による無水マレイ
    ン酸製造用触媒の製法。 2 特許請求の範囲第1項記載の無水マレイン酸製造用
    触媒の製法においてバナジウム化合物、リン化合物及び
    シユウ酸鉄の酸性混合液がリン酸酸性混合液である方法
    。 3 特許請求の範囲第1項記載の無水マレイン酸製造用
    触媒の製法においてバナジウム化合物、リン化合物及び
    シユウ酸鉄の酸性混合液がシユウ酸酸性混合液である方
    法。
JP51135715A 1976-11-11 1976-11-11 無水マレイン酸製造用触媒の製法 Expired JPS5913257B2 (ja)

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